calculo de radioenlace

Anuncio
Diseño de Radioenlaces
Emprendedores en WiFi
Merida, marzo 2007
Ermanno Pietrosemoli
Escuela Latinoamericana de Redes
[email protected]
Agenda
„
„
„
„
3/7/2007
Factores de diseño
Prospección de sitio (Site Survey)
Software para radioenlaces
Ejemplos de radioenlaces
Pietrosemoli
2
Diseño de Radioenlaces
„
„
„
„
„
3/7/2007
Elección de la frecuencia
Perfiles de trayectoria
Presupuesto de potencia
Area de cobertura
Prospección de sitios
Pietrosemoli
3
3/7/2007
Pietrosemoli
4
Perfil de la trayectoria
„
„
3/7/2007
Línea de Vista
Factor K (Curvatura
Terrestre).
Pietrosemoli
5
Perfil de la trayectoria
„
„
„
3/7/2007
En un mapa con curvas de nivel
se traza una recta entre
transmisor y receptor
Se procede a leer en cada
intersección de la recta con las
curvas de nivel la altura del punto
y la distancia desde el transmisor
Se traza entonces un diagrama de
alturas versus distancia para
diferentes condiciones de
propagación
Pietrosemoli
6
Perfil de la trayectoria
„
K = 4/3, 90% del tiempo, la constante
dieléctrica disminuye con la altura
alcance 1/3 más allá del horizonte
„
K = infinito, trayectoria rectilínea
„
K = 2/3, curva hacia arriba,
menor alcance, 0.6 de F1 en enlaces
críticos
„
3/7/2007
Pietrosemoli
7
Perfil de la trayectoria
„
Factor K
Horizonte Optico
Horizonte Radio con K= 4/3
Tierra
3/7/2007
Pietrosemoli
8
Perfil de la trayectoria
„
„
„
„
3/7/2007
Presencia de objetos en la
trayectoria.
Follaje
Superficies planas y trayectoria
sobre agua
Zonas de Fresnel
Pietrosemoli
9
Primera Zona de Fresnel
Direct
Path
Reflec
ted pa
th
=L
=L+
First
Fres
nel Z
one
λ/2
Food Mart
Despeje de obstáculos
Distancia en km
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
25
30
1ra Zona
de Fresnel
5.5
7.8
9.6
11.1
12.4
13.6
14.6
15.6
16.6
17.5
18.4
19.2
19.9
20.7
21.4
22.1
22.8
23.5
24.1
24.7
27.7
30.3
0.7 *1ra Zona de Fresnel
@ 2.4 GHz en metros
Curvatura
Terrestre
TOTAL
3.9
5.5
6.7
7.7
8.7
9.5
10.2
11.0
11.6
12.2
12.8
13.4
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.4
16.9
17.3
19.4
21.2
0.0
0.2
0.4
0.7
1.0
1.5
2.0
2.7
3.4
4.2
5.0
6.0
7.0
8.2
9.4
10.7
12.0
13.5
15.0
16.7
26.0
37.5
3.9
5.6
7.1
8.4
9.7
11.0
12.3
13.6
15.0
16.4
17.9
19.4
21.0
22.7
24.4
26.2
28.0
29.9
31.9
34.0
45.4
58.7
metros
Zonas de Fresnel
Perfil de la trayectoria
Cómo obtener perfiles:
„ Mapas topográficos
„ GPS
„ Recorrido de la
trayectoria
„ Programas para
trazado de trayectorias
y DEM
3/7/2007
Pietrosemoli
13
Perfil de la trayectoria
„
„
„
3/7/2007
Utilizar un altímetro para determinar el
diagrama de perfil cuando no se
disponga de mapas con la elevación.
El altímetro se puede calibrar llamando a
la torre de control del aeropuerto más
cercano.
La calibración debe hacerse
frecuentemente porque la presión
barométrica varía en el tiempo.
Pietrosemoli
14
Potencia Versus Distancia
Gt
Gr
Tx
Rx
At
Ar
Pt
L= 32,4+20 log(d/km)+20 log(f/MHz)
Pérdida en el espacio
libre
dBm
Pr
Margen
Sensibilidad
Del Receptor
km
3/7/2007
Pietrosemoli
15
Ej. De Presupuesto de potencia
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Potencia de transmisión
Pérdida en los cables
Pérdida en el Diplexer de TX
Pérdida en el Cable de TX
Ganancia de la antena TX
PIRE: 40.5 dBm
Pérdida en el espacio libre (FSL)
Ganancia de la antena RX
Pérdida en el Cable RX de
Pérdida en el Diplexer de RX
Pérdida en Cable
+25dBm
-1dB
-2 dB
-2.5 dB
+21 dB
-124.5 dB
+21 dB
-2.5dB
-2 dB
-1 dB
--------------Nivel de Señal Recibida =
-68.5dBm
PIRE: Potencia Isotrópica Readiada Equivalente
EIRP: Equivalent Isotropic Radiated Power
3/7/2007
Pietrosemoli
16
C/N
„
„
3/7/2007
C/N (Carrier to Noise)
El objetivo es llegar al receptor
con una potencia
suficientemente mayor que el
ruido para garantizar una
determinada tasa de error
Pietrosemoli
17
C/N (ejemplo)
‹
‹
‹
‹
3/7/2007
RSSL = –68dBm
Ancho de banda del radio 6MHz,
noise figure (cifra de ruido) 9dB
El ruido visto es:
–97.8 dBm
C/N es: 29.8dB
Pietrosemoli
18
Area de Cobertura
Area de cobertura con la antena inclinada 10 grados hacia abajo
Estación Base
Area de cobertura con la antena vertical
3/7/2007
Pietrosemoli
19
Area de Cobertura
Ancho del haz en elevación 10 grados
Ancho del haz en Acimut 16 grados
Antena
Antena sin Down Tilt
3/7/2007
Pietrosemoli
20
Más allá de la línea de vista..
„
„
„
3/7/2007
Es posible la recepción, pero la atenuación es
mucho mayor
El problema de la multitrayectoria se agrava
Se han propuesto soluciones basadas en
OFDM (Orthogonal Frequency Diversity
Modulation) y MIMO (Multiple Input- Multiple
Output)
Pietrosemoli
21
+ Ganancia de la Antena
+ G.de la Antena
- Pérdida en el
Antena
Cable RF
- Pérdida
Cable/conectores
Tierra
Antena
espacio libre
Cable RF
-Pérdida
Cable/conectores
Lightning Protector
Lightning Protector
pigtail
PC Card
Est.1
3/7/2007
Tierra
pigtail
+ Potencia de Transmisión
PC Card
RSL (receive signal level) > sensitivity + Margen
Pietrosemoli
Est.2
22
Margen del sistema en 2.4 GHz
50 ft.LMR 400
50 ft.LMR 400
24 dBi c
24 dBi
3.4 dB
3.4 dB
La señal recibida debe estar por encima
de la sensibilidad del receptor
(-82dBm para 11 Mbit/s)
.7 dB
1.3 dB
Tx =15 dBm
A este exceso se le llama margen de
desvaneciniento
Margen de desv. mínimo = 10 dB
En ciudades, preferible = 15dB
.7 dB
1.3 dB
Rx = -82 dBm
En condiciones adversas = 20dB
Est.1
3/7/2007
S. Recibida: RSL > -82 + 10 = -72dBm
Pietrosemoli
Est.2
23
Ejemplo de Cálculo
16 Km = - 124 dB
50 ft.LMR 400
50 ft.LMR 400
24 dBi
24 dBi
3.4 dB
3.4 dB
RSL > PTx – P. Cable + G. Antena – Pérdida en el esp. + G. Antena –P. Cable
+ 15 dBm
- 2 dB
.7 dB
1.3 dB
- 3.4 dB
+ 24 dBi
- 124 dB
Tx =15 dBm
Si RSL < -72 dBm se
necesita mayor ganancia
de antenas o cables con
menos pérdidas.
+ 24 dBi
.7 dB
1.3 dB
Rx = -82 dBm
- 3.4 dB
- 2 dB
Est.1
3/7/2007
Est.2
- 71.8 dB > -72
Pietrosemoli
24
Altura de las antenas
Despeje de Fresnel = 0.6 de la 1era z. Fresnel
Despeje de la curavtura terrestre
• 9 m para un trayecto de10 km
•4 m para un trayecto de 10 km
•17 m para un trayecto de 40 km
•61 m para 40 km
Despeje en el punto medio = 0.6F + Curvatura Terrestre + 3 cuando K=1
Radio de la 1era z. de Fresnel (metros) F1= 17.3 [(d1*d2)/(f*D)]1/2 donde D=trayecto en km, frecuencia (GHz),
d1= distancia de la Antena 1(km) , d2 = distancia de la Antena 2 (km)
Curvatura Terrestre h = (d1*d2) /2 donde h = elevación sobre el horizonte , d1 & d2 distancia de las antenas
respectivas
Despeje de la z.
de Fresnel
Altura de
Antena
Despeje de
obstáculo
Curvatura Terrestre
Altura de
Antena
Alternativas
„
Otros cables: LMR 400 = 6.8 dB 100 ft, LMR 600 =
4.5dB/100ft, LMR 1800 = 2.5dB/100ft, 2 1/4”
„
Heliax = .98 dB foot
„
Montaje en torre del AP-1000 caja a prueba de
intemperie y ventilada. Requiere protección contra
rayos y energía. Mantenimiento en torre
„
Uso de amplificadores: añaden ruido por lo que la
relación S/N no aumenta tanto e incrementan la
interferencia a otros usuarios. Constituyen otro punto
de falla.
3/7/2007
Pietrosemoli
26
Reflexiones
„
La señales sufren un defasaje de 180° ( 1/2
λ) al reflejarse
„
Mover la antena aún sólo 6 cm es
significativo
Pa
th
3/7/2007
6c
m
(1
/2
λ)
lon
ge
r
Pietrosemoli
27
Reflexiones
„
„
Antenas de mayor directividad vertical, o
apuntadas hacia arriba para disminuir las
reflexiones desde el terreno.
Evitar trayectorias sobre agua.
3/7/2007
Pietrosemoli
28
Reflexiones
„
Las reflexiones pueden ser tambien laterales
y desde atrás
„
6 cm hacen la diferencia
3/7/2007
Pietrosemoli
29
Propagación
Radio Mobile
Software para el análisis de redes y sistemas inalámbricos
Realizado por: Roger Coudé
http://www.cplus.org/rmw/english1.html
3/7/2007
Pietrosemoli
31
Que es Radio Mobile?
„
„
„
„
„
„
„
Es un programa gratuito que permite el análisis y simulación del área
de cobertura de un sistema de radio frecuencia (RF) y traza el perfil
de las posibles trayectorias.
Predice mediante herramientas CAD la cobertura de un sistema de
radio.
Utiliza herramientas y mapas digitales (elevaciones) y sistemas GIS.
Ultima versión de software: (V7.1.7 , para el 26/05/2006)
Puede trabajar en múltiples sistemas operativos entre los que están:
Windows 95, 98, ME, NT, 2000 y XP.
Se puede correr en Linux mediante el emulador Wine para Ubuntu
Usa mapas digitales con elevaciones de terreno con los que calcula
el área de cobertura, indicando los niveles de potencia recibida,
determina los puntos de reflexión de un enlace, y calcula el
presupuesto de potencia (link budget)
3/7/2007
Pietrosemoli
32
Análisis de Terreno
„
„
„
3/7/2007
El Radio Mobile automáticamente construye el perfil de un
enlace de radio entre dos puntos conocidos de forma digital,
emplea una extensa base de datos de elevaciones para
determinar la existencia de LOS (Line Of Sight) o línea de vista
entre dos puntos.
Ejecuta los cálculos que permiten automatizar cualquier enlace
en cualquier banda de frecuencia, desde HF hasta SHF, y
permite observar el efecto de cambiar la ganancia de las
antenas, altura de las mismas, atenuación de los cables, etc
Una vez trazado el perfil, calcula lel despeje del 60% de la
primera zona de Fresnel que permite una buena comunicación
Pietrosemoli
33
Qué hace el Radio Mobile?
„
„
„
„
„
3/7/2007
Utiliza el modelo de propagación de Longley-Rice
Traza el diagrama de perfil, lo que permite verificar la
existencia de línea de vista (LOS).
Calcula la pérdida en el espacio libre y la debida a
obstrucciones
Puede crear redes de diferentes topologías (redes
Master/Slave, Point to Point PTP y Point to Multipoint
PMP).
Calcula el área cobertura de una radio base
(útil para sistemas PMP punto – multipunto).
Pietrosemoli
34
Qué necesitamos para crear una red?
„
De la lectura de los GPS obtenemos las coordenadas de los puntos de
interés por ejemplo de la radio base (BS, Base Station) y del suscriptor (SU,
subscriber Unit o CPE).
‹
„
Longitud y latitud en grados, minutos y segundos o en
coordenadas UTM
Necesitamos conocer las especificaciones técnicas del sistema a instalar:
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
3/7/2007
Topología de la red (Point to Point o Point to multipoint).
Ganancia de antenas en dBi.
Máxima potencia de Transmisión (W o dBm).
Atenuación en los medios de transmisión entre el Tx y la antena
(Pérdida de cables, conectores, etc).
Nivel umbral de recepción (dBm).
Altura de las antenas.
Frecuencia de operación.
Polarización de las antenas (horizontal o vertical).
Pietrosemoli
35
Configuración básica del Radio Mobile
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Configuración paso a paso:
1. View menu, seleccione World map. Coloque el cursor en del área que le interesa y
seleccione un punto, se mostrará las coordenadas.
2. File menu, Seleccione Map properties. Esta parte abre una nueva pantalla que
muestra todos los parámetros y controles para crear una red. pulse “use cursor
position”.
3. Opcionalmente puede seleccionar la ciudad o puede ingresas las coordenadas
conocidas por medio de un GPS.
4. Seleccione la base de datos e indique en dónde se encuentra almacenada ésta en
su disco duro.
5. Seleccione el tamaño, por ejemplo 400x400 pixels y10 km de tamaño del mapa.
6. Cuando esté listo para generar dicho mapa presione apply.
7. Si ocurre algún error en este proceso, verifique cuidadosamente la base de datos
y repita los pasos desde el 2 hasta el 6.
8. En File menu, Seleccione New picture (Vea en la parte de File, New Picture como
crear un mapa, con qué resolución y si lo quiere en escala de grises o a color).
3/7/2007
Pietrosemoli
36
Cobertura y análisis de radioenlaces
„
Como crear el Radio Enlace:
‹
‹
‹
„
Visual coverage:
‹
„
Debemos tener al menos dos
puntos ubicados en el mapa, con
sus respectivas coordenadas.
Abra una nueva vista con uno de los
siguientes botones que muestra el
radio mobile en la barra superior:
(ver Radio link and system
performance) o en Tools Radio Link
para desplegar el enlace de radio.
Aquí podrá observar todos los
detalles, análisis, LOS, y todos los
parámetros en un sistema
inalámbrico (Path Loss, y el link
budget).
Permite tener una vista
tridimensional del terreno
Cobertura de Radio:
‹
Indica el nivel de señal recibida en
las zonas que rodean la radio base
3/7/2007
Pietrosemoli
37
Prospección (SITE SURVEYING)
„
„
„
3/7/2007
La prospección es el paso más importante en
la planificación de un sistema inalámbrico.
Aquí se levantan todos los datos requeridos
Anotar el nombre de la persona que autoriza el
acceso al techo y su telef.
Pietrosemoli
38
Conclusiones
Herramientas para
prospección
de sitios (Site Survey)
Altímetro
Globos Inflables
Espejos o Luces
Cámara Digital
3/7/2007
Pietrosemoli
39
Prospección (SITE SURVEYING)
Items necesarios para la prospección:
„
Mapas con una escala adecuada
„
Telescopio, binóculo y brújula o Teodolito
„
GPS, altímetro de precisión
„
Cámara fotográfica, preferiblemente digital
„
Gorra y lentes de sol, paraguas
„
Espejo (CD) o luz potente
„
Globo con helio y cinta métrica
„
Laptop con tarjeta inalámbrica y software para
medir la potencia recibida, WiSpy
„
Analizador de espectro y antena de prueba
3/7/2007
Pietrosemoli
40
Prospección (SITE SURVEYING)
„
„
„
„
„
3/7/2007
Items necesarios para la
prospección en sitios elevados:
Si va a subir una torre lleve el
arnés de seguridad y guantes
Permiso para acceder a la azotea
y telefóno de la persona
autorizada
Averiguar quien tiene la llave de
la azotea
Escaleras
Chequear la disponibilidad de
enrgía eléctrica, pararrayos y
puesta a tierra
Pietrosemoli
41
Caja para montaje a la intemperie
3/7/2007
Pietrosemoli
42
Caja para montaje a la intemperie
3/7/2007
Pietrosemoli
43
Hacia donde vamos?
Wireless Technologies
Estándar
Uso
Throughput
Rango
Frecuencia
Soporte de PTT (push
to talk)
3/7/2007
WCDMA/
UMTS
EDGE
CDMA2000 1x EVDO
WiFi
3G
2.5G
3G
802.11b
WWAN
móvil
WWAN móvil
WWAN
móvil
Hasta 2
Mbps. Con
HSPDA
hasta 10
Mbps,
actualmente
3.6 Mbps
Hasta 384
Kbps
1-5 millas
WiFi
WiFi
WiMax
WiMax
802.11g
802.11g
802.16e
802.16d
WLAN
fijo
WLAN
fijo
WLAN
fijo
WMAN fijo
WMAN portátil
Hasta 2.4
Mbps.
Típicamente
entre 200 Kps
y 300 Kbps
11 Mbps
54 Mbps
54 Mbps
Hasta 75
Mbps (20
MHz)
Hasta 30 Mbps
(10 MHz)
1-5 millas
1-5 millas
300 pies
300 pies
300 pies
4-6 millas
1-3 millas
1800, 1900,
900, 1700,
1800, 1900,
2100 MHz
1900 MHz
400, 800, 900,
1700, 1800,
1900 MHz
2.4 GHz
2.4 GHz
5 GHz
2-11 GHz
2-6 GHz
Si (PoC)
No
Si (PoC)
No
No
No
No
No
Pietrosemoli
44
Antenas para enlaces punto a punto
3/7/2007
Pietrosemoli
45
Lightning Arrestor
Diseñado para proteger
al equipo de las subidas de
tensión provocadas por
descargas eléctricas
Se coloca en serie con el
cable de antena y tiene
una conexión para puesta
a tierra
3/7/2007
Pietrosemoli
46
Sellado de conectores
„
„
„
Causa principal de problemas:
entrada de humedad
Protección cuidadosa de todos
los conectores a la intemperie
El “teipe” eléctrico no es
suficiente. Tres capas.
3/7/2007
Pietrosemoli
47
Recapitulando
„
„
„
„
„
„
3/7/2007
Determine existencia de línea de vista y
despeje de Fresnel, posibles puntos de
reflexión
Requerimientos de antenas para el margen
de confiabilidad deseado.
Tipo, longitud y pérdidas de todos los cables
requeridos. Ruta de los cables
Análisis de la interferencia
Protección contra rayos y fluctuaciones de
tensión, puesta a tierra y suministro de
energía.
Considerar la conveniencia de usar PoE
Pietrosemoli
48
Descargar